Sonido y Audición

Una Onda Mecanica es una perturbación que viaja por un material o sustancia que es un medio de la onda. Por ejemplo, cuando se pulsa una cuerda tensa, la perturbacion provocada se propaga a lo largo de la misma en forma de un pulso ondulatorio. La perturbacion en este caso consiste en la variacion de la forma de la cuerda a partir de su estado de equilibrio.

Al viajar la onda por el medio, las partculas que forman el medio sufren desplazamientos de varios tipos, dependiendo de la naturaleza de la onda.

La Figura I.1.1 muestra tres variedades de ondas mecanicas

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Las Ondas Mecanicas

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Tipos de Ondas Mecanicas

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a) Desplazamiento perpendicular de las partículas = ondas transversales

b) Desplazamiento hacia adelante de las partículas = ondas longitudinales

c) Desplazamiento perpendicular y hacia delante de las partículas = suma

de ondas transversales y longitudinales

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Tipos de Ondas Mecanicas

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El movimiento ondulatorio puede ser visto con una alteracion (momentanea) del estado de equilibrio (perturbacion) de las partculas que forman el medio.

En cada caso el movimiento ondulatorio es una alteracion del estado de equilibrio que viaja de una region del medio a otra y siempre hay fuerzas que tienden a restablecer el sistema a su estado de equilibrio.

En general la perturbacion se propaga a una rapidez denida: rapidez de la

onda.

La velocidad de propagacion es determinada por las propiedades mecanicas del medio.

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Note que la rapidez de la onda, no es la rapidez del movimiento de las partculas del medio, sino la velocidad de propagacion de la perturbacion.

Para producir la perturbacion y poner el sistema en movimiento se necesita aportar energa, la fuerza aplicada hace un trabajo.

La onda transporta esta energía de una region del medio a otra. Las ondas transportan energía, pero no materia, de una region a otra.

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Movimiento oscilatorio armónico

Caso particular de onda longitudinal

Responde a la ecuación

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Movimiento oscilatorio armónico

y = Amplitud λ = Longitud de onda o periodo f = frecuencia x = sentido de desplazamiento v = Velocidad de propagación (depende del medio en donde

se propague la onda )

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Reflexión : La reflexión de una onda es el rebote que experimenta cuando llega a un obstáculo grande, como una pared. Aunque el obstáculo absorba parte de la energía recibida (incluso vibrando si entra en resonancia) se produce también reflexión en la que se transmite de vuelta parte de la energía a las partículas del medio incidente.

Refracción : La refracción de una onda consiste en el cambio de dirección que experimenta cuando pasa de un medio a otro distinto. Este cambio de dirección se produce como consecuencia de la diferente velocidad de propagación que tiene la onda en ambos medios.

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Leyes de Reflexión y Refracción

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Difracción : Al interponer en el camino de una onda plana una barrera con una abertura, las vibraciones procedentes de los puntos que están a ambos lados de la abertura no pueden avanzar y detrás de la barrera sólo se observa el envolvente de las ondas que proceden de los focos secundarios que caben por la abertura. En consecuencia, los frentes de onda dejan de ser planos y adquieren una forma curvada o semicircular. Este fenómeno se llama difracción.

Para que se observe bien la difracción es necesario que la rendija sea del mismo tamaño o menor que la longitud de onda. Si es mayor, la curvatura de los frentes de onda se produce únicamente en los bordes y puede llegar a no apreciarse, tal como se indica en los dibujos adjuntos.

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Ley de difracción

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Las ondas trasportan energía en la dirección en la que se propaga transformándose en energía cinética y elástica en el momento de interactuar con el medio, y que a su vez si se tiene en cuenta la energía que se entrega en un dado tiempo, se logra una expresión de la potencia que puede transferir la onda:

en donde “m” es la masa por unidad de longitud que transporta la energía, “w” es la velocidad angular y que equivale a “2πf ” , “v” es la velocidad y “A” es la amplitud de la onda.

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Las ondas transportan Energía

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Lo anterior se puede graficar de la siguiente manera

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Las ondas transportan Energía

Tie

mpo

Tie

mpo

Tie

mpo

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Cuando se trata de un medio elástico como es el caso de los fluidos, la velocidad de propagación de la onda sonora depende de los cambios de volumen y de presión de dicho medio y por consiguiente es necesario tener en cuenta el módulo de compresibilidad definido por:

El módulo de compresibilidad tiene dimensiones de presión, por lo que se expresa en pascales (Pa) en el Sistema Internacional (SI).

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Intensidad

∆P = variación de la presión∆V = Variación de volumenB = Módulo de

compresibilidad

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y así se puede definir la velocidad de propagación del sonido en un medio elástico como:

Cuando se analiza la propagación de una onda en un mismo medio, se considera que no hay cambio de velocidad. Este es el case cuando se estudia la audición humana, en donde el medio de propagación es el aire, entre la fuente sonora y la persona.

El sonido se prepaga en forma tridimensional, lo que significa una dimensión esférica y dado que el oído humano cubre un rango de frecuencias en el orden de 20 a 20.000 Hz, se estableció el concepto de intensidad relativa, definida en escala logarítmica y cuya unidad es el “Bel”

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Intensidad

Intensidad de la mínima frecuencia audible

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Si la fuente sonora está en movimiento, la percepción del sonido va a ser más aguda a medida que la fuente se acerca al observador; mientras que va a ser más grave cuando la fuente se aleja.

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Efecto Doppler

Emisor Móvil

Receptor Móvil

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En la determinación de flujo arterial mediante ultrasonido, se utiliza un transductor que cumple con dos funciones, es decir que es emisor y luego es receptor.

Figura. La onda incidente (Fi) y la reflejada (Fr) generan una variación de frecuencia (ΔF), que es proporcional a la velocidad (V) de los hematíes y al coseno del ángulo (a) formado entre el haz ultrasónico y la dirección del flujo.

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Ecografía Doppler

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El ultrasonido emitido por el transductor es reflejado por los eritrocitos, que luego es captado por el transductor. Esto genera una diferencia de frecuencia que es analizada por el aparato basándose en la siguiente ecuación:

Bajo este principio se realizan las ecografías Dopler que permiten el estudio de tejidos u órganos en movimiento en donde el eco sufrirá el efecto Doppler; con el análisis de los corrimientos de frecuencias que se producen en los diferentes puntos de la superficie que refleja el ultrasonido, se logra una imagen en tiempo real del movimiento de la zona estudiada.

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Ecografía Doppler

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Transductores

Frecuencia (MHz) Alcance (cm)

Superficiales: Piel, celular subcutáneo, músculo. 10 6

Profundos: Órganos abdominales, embarazo. 5 15

Intracavitarios: Trasvaginal, transrectal. 10 6

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TransductoresDependiendo de la frecuencia emitida varia la distancia o profundidad util.

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Transductores

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